| 研究課題/領域番号 |
25246043
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
寺田 賢二郎 東北大学, 災害科学国際研究所, 教授 (40282678)
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| 研究分担者 |
樫山 和男 中央大学, 理工学部, 教授 (10194721)
森口 周二 東北大学, 災害科学国際研究所, 准教授 (20447527)
車谷 麻緒 茨城大学, 工学部, 講師 (20552392)
浅井 光輝 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (90411230)
加藤 準治 東北大学, 災害科学国際研究所, 助教 (00594087)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 破壊 / 津波 / マルチスケール / 構造・流体連成 / 防災・減災 |
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| 研究概要 |
本年度は，構造・流体連成解析のためのプログラムをレベルにおけるスケールでの数値実験・物理現象把握に適用できりょうにカスタマイズとマルチスケールモデリングの理論構築し検討を行った．具体的には，寺田・樫山が提案・開発してきた，計算効率とロバスト性に優れた安定化有限被覆法の流体解析手法を，寺田・森口・車谷が協働し，固体を剛体と仮定し構造物の並進・回転移動・接触を考慮可能な構造・流体連成解析のためのプロトタイプとなる計算プログラムの作成を行った．これによりレベル１，２スケールにおける砂や礫混じりの流れや木材や鉄骨などの部材レベルの固体が流体中を浮遊する現象の解析が可能となる．現在，開発コードの精度検証を行っている段階である．また，レベル３，４のスケールにおける木造および鉄筋コンクリート構造物など１棟ごとの局所スケールでの破壊現象を考慮した3次元流れとの連成挙動を解析するため，破壊現象のシミュレーション手法の構築を車谷・森口が行い，また，解析精度を向上させるためには，詳細な解析モデルの作成が必要不可欠になるため，大規模な解析を行う必要があり，高効率な解析を行うための大規模並列計算解析手法の構築を樫山・加藤・浅井が協働し，4000コアを超える超大規模並列計算が可能な解析手法の構築を行った．これにより，各レベルでの局所スケールにおける物理現象の把握のために必要な解析規模のモデル化が可能となった．また，レベル１からレベル４までの解析結果によって得られる平均的は特性（抵抗係数や粗度など）をそれより上のスケールへ特性を渡す理論を寺田・加藤・樫山により理論の構築を行った．個々のレベルフェーズでの計算プログラムのプロトタイプの開発が完成できたことは２６年度の主な成果であり，次年度でのレベル５の解析へのマルチスケール解析へスムーズな移行が可能となっている．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
理論構築自体は、机上の成果として比較的早期に完成したが、計算手法の開発は定式化の後に実装作業があり、その過程で計画よりやや遅れている。この実装が遅れると実際に数値実験を行う過程も遅れるため、全体としてもやや遅れ気味と自己評価した。また、手法開発と並行して取得する計画であった、検証データが不足しており、解析結果の検証が滞っている。ただし、H25年度の終わり際には手法ができあがってきたので、H26年度はこれを用いた各レベルの数値実験ができるものと期待している。
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| 今後の研究の推進方策 |
【レベル1解析・レベル2解析】レベル１については、砂や礫混じりの流体領域に対する局所スケール解析として、粒子を剛体と見なした固体・流体連成解析を行う。レベル2については、細長い木ぎれや鉄骨などを浮遊物とした同様の解析を行う。これらはいずれも固体は剛体と見なして3次元流れとの連成解析手法を適用する。そして、数値材料試験の考え方を応用して、巨視スケールの平均特性（平均密度、粘性、粗度、分散性など）の評価法を提示する。
【レベル3解析】遡上津波と木造および鉄筋コンクリート構造物など1棟ごとを局所スケールの構造・流体連成解析の対象とする。破壊現象については構造物を変形体として扱うが、流体中に浮遊する破壊後の固体は剛体とみなして解析する。レベル3の現象は構造物破壊により形態が経時的が変化するため、対応する平均特性も時間変化する。この種の局所スケール解析から巨視スケールの特性を評価する手法としては、材料劣化のためのマルチスケールモデリングの方法論を固体・流体の連成挙動に拡張して、いくつかの時刻で平均特性の経時変化の関数近似を行う。
【レベル4解析・レベル5解析】GISのSHAPEファイルとCADデータを用いて(a) 防潮堤と津波の固液複合領域、(b) 防潮林と津波の固液複合領域、 (c) 街区の建物群と遡上津波の固液複合領域の3つの具体的な局所スケール解析領域を対象として数値実験を行う。このうち、(a)は次年度のための準備にとどめ、 (b)と(c)についてのみ実施する。
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